水利类船闸工程观测管理实践

许晨杨，郭 丹,朱增伟

(江苏省泰州引江河管理处,江苏 泰州 225321)

水利工程的观测工作是及时掌握工程实际状态和当前运行情况，及时发现工程隐患，充分有效发挥工程效益的基础性工作[1]。水利类船闸与常规水工建筑物不同，由于船闸全天24小时运行，船舶过闸引起的水流对地基基础与航道的冲刷，会导致水工建筑物基础部分因河道冲刷，产生不均匀沉降、扬压力异常，甚至影响工程正常运行等情况。观测工作的目的就是及时发现并掌握变形规律，采取预防和改善措施，避免造成工程事故。近年来，按照《江苏省水利工程管理规程》、《江苏省水利工程精细化指导意见》的要求，江苏省泰州引江河管理处根据高港船闸其水利船闸的特殊性，深入钻研水利工程精细化管理，收到了良好的效果。本文重点介绍高港船闸工程观测工作的精细化管理，以期对水利类船闸技术管理工作有所帮助。

1 工程概况

泰州引江河是国家南水北调东线的水源工程之一，位于高港至泰州一线西侧约3 km处，南起长江，北接新通扬运河，全长24 km，是一项以引水为主，兼顾灌溉、排涝、航运、生态、旅游等综合利用，支撑苏北地区发展和实施沿海开发战略的基础设施工程[2]。高港船闸包括高港一线、二线船闸，均由江苏省泰州引江河管理处高港水闸管理所负责管理和使用，被称为“黄金水道”“水上高速”。

高港一线船闸工程于1999年投入运行，于2016年11月—2018年11月实施高港一线船闸加固工程，闸室长196 m，净宽16 m，槛上水深3.5 m，为双向水头的通航建筑物，上下闸首均为整体平底板坞式结构，采用短廊道输水对冲消能方式，引航道为对称布置，闸室为半重力式透水底板。主闸门为平面横拉闸门，船闸等级为Ⅳ级船闸。船闸工程设计按地震基本烈度7度设防[3]。

高港二线船闸工程于2012年12月18日开工建设；2014年6月10日通过水下阶段验收；2015年7月2日试通航，闸室长230 m，闸室净宽23 m，槛上水深4.0 m，为双向水头的通航建筑物，上下闸首均为整体坞式结构，主闸门为双扇对开三角门，采用液压直推式启闭机启闭。输水系统采用短廊道集中输水，对冲消能方式，闸室底板为素混凝土透水底板。上下游导航墙有效长度均为70 m，上游导航墙对称布置，采用直线段与圆弧段结合的喇叭口布置形式。二线船闸位于一线船闸西侧，其顺水流向中心线距一线船闸70 m，上闸首边缘与一线船闸闸首的上游边缘齐平。船闸等级为Ⅲ级船闸[4]。

2 观测方法及频次

2.1 工作基点的考证

高港船闸工作基点埋设均超过5 a，因此工作基点考证每5年1次，每当遇地震、地面升降或受重车碾压等可能使观测设施产生位移时，需对其进行考证。高港船闸工作基点考证观测线路从国家二等水准点“江靖12-M”经泰州市高港枢纽的三个水准工作基点后再闭合至江都区大桥镇太字村“江靖12-M”形成闭合环进行环形路线观测，路线按一等闭合水准方法施测。施测前对仪器进行i角检验且小于一等水准测量i角≤15″，观测线路总长约为16.32 km。

2.2 垂直位移观测

根据《水利工程观测规程》、《高港船闸观测任务书》的要求，高港一线、二线船闸每季度进行一次三等水准观测。考虑高港二线船闸观测线路长，地形复杂，测站较多的情况，为保证观测精度，将高港二线船闸的垂直位移观测分为二线上游、二线闸室、二线下游共三个部分。采用光学测微法单路线往返观测，高港一线船闸设有观测标点94个(见图1)，线路约长3 km；高港二线船闸上游设有垂直位移观测标点21个(见图2)，线路约长2.0 km，高港二线船闸闸室设有垂直位移测标点48个，线路约长2.0 km，高港二线船闸下游设有垂直位移观测标点21个，线路约长2.5 km，观测值下降为正，上升为负。

2.3 河床断面观测

高港一线船闸与二线船闸共用上下游引航道，下游右岸为直立挡墙。引航道上游为内河侧，下游为长江侧。船闸工程设有30个断面，其中上游11个，下游19个，共60根断面桩，断面桩桩顶高程考证分左右岸进行，观测线路均从工作基点BM2到BM2，采用四等闭合水准测量。由于下游河床受长江影响明显，于汛前汛后各观测1次，上游河床只在汛前观测1次。汛前和汛后观测均采用中海达V90 GNSS RTK GPS系统协同中海达HD-370全数字变频测深仪对河道断面进行测量，测量同时记录风向、风力、观测时间，起点距精确至0.1 m，水深精确至0.01 m。

2.4 伸缩缝观测

根据《水利工程观测规程》的要求，高港一线船闸伸缩缝每季度观测1次，高港二线船闸伸缩缝每月观测1次。标点为三点式不锈钢金属标点，采用游标卡尺测量三向尺寸，精确至0.1 mm，同时记录上下游水位及气温。观测时船闸正常通航。上下游水位根据观测时间从高港泵站自动化监控系统上摘录。气温由温度计测得。建筑物温度由红外测温仪测得。伸缩缝观测值以张开为正、闭合为负。

图1 高港一线船闸垂直位移观测路线

图2 高港二线船闸垂直位移观测路线

2.5 测压管水位观测

高港船闸测压管管口高程每年校测1次，因仅埋设下游引航道西侧，故仅需从工作基点BM2到BM2，采用光学测微法单路线往返观测，按四等水准测量，观测数据与上年相差1 cm以内可不作修正。

高港船闸测压管灵敏度试验每5年进行1次，选择水位稳定期进行，采用注水法。即试验前用电测水位计测量管中水位，然后向管中注入清水，注水量约测压管容积5倍左右，即约30 L水。注入后不断观测水位，直至恢复到或接近注水前水位。对于黏壤土，注入水位在120 h内降至原水位则灵敏度合格；对于砂壤土，注入水位在24 h内降至原水位灵敏度合格；对于砂粒土，1～2 h 降至原水位或注水后水位升高不到3～5 m为合格。

测压管于每月农历初三、十八长江高潮位时进行观测，连续独立观测管中水位两次，采用电测水位计法，读取测压管管口高程减管口至管中水面间的距离，最小读数至0.01 m，两次读数差小于0.02 m，取其平均值，成果取至0.01 m。电测水位计的测绳长度标记，应每隔3个月用钢尺校正1次。

3 工程观测的精细化管理

3.1 制度规范

根据《江苏省水利工程精细化管理指导意见》，进一步深化水利工程规范化管理，加快构建更加科学高效的工程管理体系，高港船闸一方面结合本单位、本工程实际情况，率先对高港船闸工程管理实施细则进行了修订，为工程观测工作提供了重要依据。使得观测工作内容更完整、管理目标更清晰、管理任务更明确、管理要求更具体。后组织编制工程观测作业指导书、高港船闸精细化指导手册、高港船闸精细化导图等各类管理资料，明确工作内容、标准要求、方法步骤、工作流程、注意事项、资料格式等，用于指导观测工作从开始到结束的全流程管理，对工作行为和过程控制相对固化，避免因管理人员业务能力、责任意识等方面的差异对工作结果的影响，更好地指导和规范专项工作的有效开展。另一方面，高港船闸加快工程观测精细化、信息化建设，通过江苏省泰州引江河管理处对接省河道局组织河海大学开发的工程观测信息平台，将工程观测各项数据内容与信息化管理系统深度融合，通过信息技术强化过程控制，使观测数据更准确，数据内容更直观，观测方法更科学，确保工程观测精细化管理工作扎实有序推进。

3.2 创新实践

高港船闸在做好工程观测的同时，也积极推进观测方面的创新实践，已在工程观测方面获得一项发明专利，两项实用新型专利，从技术创新方面推进精细化成果。

一种坝体伸缩缝用观测标点(专利号:2018211765710，见图3)的创新解决了原先观测标点布设缝宽与两侧建筑物的相对位移量精度不高的不足，本实用新型采用坝体伸缩缝用观测标点，坝体地基上设置有伸缩缝和三个用于埋设金属标点的测点孔，其中的两个测点孔设置于伸缩缝一侧，且两个测点孔之间的连线与伸缩缝平行，另一个测点孔设置于伸缩缝另一侧，金属标点埋设于测点孔内，从而使三个金属标点构成三点式金属标点。新标点有如下优点：(1)在金属标点本体上端设置有保护罩，可以较好地保护金属标点本体。(2)保护罩内侧腔槽内设有与外螺纹相适配的内螺纹，与保护罩呈旋转分离式连接，安装更加方便。(3)金属标点本体外侧壁上设有至少一个环形凹槽填充有植筋胶，使得金属标点埋设更加稳固。(4)保护罩顶端开设有用于将保护罩启开的凹槽，便于启开保护罩。(5)保护罩顶端表面涂覆有荧光层，夜间或昏暗环境下需要进行伸缩缝观测时，可以轻易地找到伸缩缝观测标点。

图3 一种坝体伸缩缝用观测标点

一种坝体伸缩缝金属标点用安装辅助工具(专利号:2018211765725)，安装辅助工具见图4。本实用新型采用坝体伸缩缝金属标点用安装辅助工具，结构设计合理，用于安装金属标点，简单方便，提高测量精度。

图4 一种坝体伸缩缝金属标点用安装辅助工具

4 工程观测的实际运用

4.1 垂直位移观测资料的分析与评估

2019年度，高港船闸对高港一线、二线船闸分别进行了四次三等水准观测。采用LEICA LS10电子水准仪配铟钢尺观测，观测前对仪器i角进行检验，四次i角校验不大于15″，符合精度要求。各测站视线长度、前后视距差及视线高度均符合规定。2019年最大(小)间隔位移量与最大(小)累计位移量见表1～表2。

表1 2019年一线船闸特征位移量与部位编号

表2 2019年二线船闸特征位移量与部位编号

由表1、表2可见：(1)与去年相比，一线、二线四个季度各标点沉降均匀。各季度各标点间隔位移量均未超过5 mm，建筑物各部位垂直位移无明显异常。(2)累计位移量超过150 mm的标点有8个。(3)2000年后的沉降量与其它点基本相同。(4)建筑物各部位垂直位移无明显异常。

2020年度，入汛以来工程持续高水位运行，防汛压力加大，按照工程安全设计要求，水位高于4.8 m将暂停通航，遇强降雨等恶劣天气，建议加大测次，实时监控工程状况。

4.2 河道断面观测资料的分析与评估

2019年4月2日对高港船闸上下游河道断面进行了观测，10月19日对下游河道断面进行了观测，上游共11个断面,下游共19个断面。

汛前上游河道呈冲刷态势(长度为800 m)，冲刷深度在111～253 cm之间，最大冲刷深度253 cm出现在C.S.11上,最小冲刷深度111 cm出现在C.S.9上，总累计冲刷土方量为39 900 m3。汛前下游河道总体呈冲刷态势(长度为1140 m)，冲刷深度在27～271 cm之间，最大冲刷深度271 cm出现在C.S.16下,最小冲刷深度27 cm出现在C.S.2下,总累计冲刷土方量为88 610 m3。汛后下游河道总体呈冲刷态势，冲刷深度在22～271 cm 之间，最大冲刷深度271 cm出现在C.S.16下,最小冲刷深度22 cm出现在C.S.1下,总累计冲刷土方量为92 530 m3。

因高港船闸全年通航，根据河道断面观测情况，监控上下游航道两侧存在淤积情况，为避免过闸船舶搁浅，保障船舶通航安全，高港船闸协调江苏省水科院为船闸上下游航道进行超声波扫床观测，具体确定清淤区域。高港船闸已于2020年5—6月份组织开展上下游河道清淤工程，上下游共清淤4万余m3，项目金额44万余元。

4.3 伸缩缝观测资料的分析与评估

2019年度，高港一线船闸伸缩缝每季度用游标卡尺观测一次，高港二线船闸伸缩缝每月用游标卡尺观测一次，单位精确至0.1 mm。各观测标点在温度变化明显时的变形基本符合气温变化规律，各测点无异常。

2018年度对高港一线船闸伸缩缝观测期间发现上左翼1、上左翼2，两处标点的变化量较大，上左翼1、上左翼2表现为后倾。高港船闸邀请省工程勘测研究院专家来现场实地查看问题标点伸缩缝情况，并作沟通交流，确定原因系一线船闸的工程设施、电气设备进行加固改造施工期间通航冲刷导致。省水利设计院公司专家结合实际情况与业主要求，确定对2个伸缩缝问题标点灌注聚氨酯并进行混凝土高压旋喷，并对周围6个临近伸缩缝标点进行混凝土高压旋喷。

5 结 语

工程观测工作细致而繁重，但却是一项最能直观反映工程实际状况的工作。水利类船闸不同于广泛的水利闸站，要因地制宜、联系实际，紧抓工程管理精细化的要求，根据所管工程的特点，及时通过观测数据对船闸工程安全分析和评估，通过检测数据分析船闸工程的现状，评估当前工程状态及发展趋势，提出维护意见。制定工程观测精细化作业指导书，明确观测要求，克服观测人员流动，观测天气恶劣，观测时间长等困难，对观测工作的频次、方法、精度坚决落实完成，保证观测工作的连续性，稳定性，科学性，为工程控制运用提供有力数据资料保障。